kategoriler: Öne Çıkan Makaleler » Acemi elektrikçiler
Görüntülenme sayısı: 110313
Makaleye yorum: 4
İndüktörler ve manyetik alanlar
Hikayeden sonra kapasitörlerin kullanımı hakkında Pasif radyo elemanlarının başka bir temsilcisi - indüktörler hakkında konuşmak mantıklı olacaktır. Ancak onlar hakkındaki hikaye uzaktan başlamak zorunda kalacak, manyetik bir alanın varlığını hatırlamak zorunda kalacak, çünkü bobinleri çevreleyen ve nüfuz eden manyetik alan, bobinlerin çalıştığı manyetik bir alanda, çoğunlukla dönüşümlü. Kısacası, bu onların yaşam alanı.
Maddenin bir özelliği olarak manyetizma
Manyetizma, maddenin kütle veya elektrik alanının yanı sıra en önemli özelliklerinden biridir. Bununla birlikte, manyetizma fenomenleri, elektrik gibi, uzun zamandır bilinmektedir, ancak o zaman bilim bu fenomenlerin özünü açıklayamazdı. Anlaşılmaz bir fenomen, bir zamanlar Küçük Asya'da bulunan Magnesia şehri adıyla "manyetizma" olarak adlandırıldı. Yakınlarda çıkarılan cevherden kalıcı mıknatıslar elde edildi.
Ancak bu makale çerçevesindeki kalıcı mıknatıslar özellikle ilginç değildir. İndüktörler hakkında konuşmaya söz verildiği anda, büyük olasılıkla elektromanyetizma hakkında konuşacağız, çünkü akımla bir telin etrafında bile manyetik bir alanın olduğu bir sırdan uzaktır.
Modern koşullarda, manyetizma fenomenini en azından başlangıç seviyesinde araştırmak oldukça kolaydır. Bunu yapmak için, bir bataryadan basit bir elektrik devresi ve bir el feneri için bir ampul monte etmeniz gerekir. Manyetik alanın, yönünün ve yoğunluğunun bir göstergesi olarak, normal pusulayı kullanabilirsiniz.
DC manyetik alan
Bildiğiniz gibi, pusula kuzeye yön gösterir. Yukarıda belirtilen en basit devrenin kablolarını yerleştirir ve ışığı açarsanız, pusula iğnesi normal konumundan biraz sapacaktır.
Paralel olarak başka bir ampul bağlayarak, devredeki akımı ikiye katlayabilirsiniz, bu da okun dönüş açısını biraz arttırır. Bu, telin akımla manyetik alanının daha büyük olduğunu göstermektedir. Bu prensipte ok ölçüm cihazları çalışır.
Pili açma polaritesi tersine çevrilirse, pusula iğnesi diğer uca dönecektir - tellerdeki manyetik alanın yönü de yön değiştirmiştir. Devre kapatıldığında, pusula iğnesi doğru konumuna geri döner. Bobinde akım yoktur ve manyetik alan yoktur.
Tüm bu deneylerde, pusula, test elektrik yükü ile sabit bir elektrik alanının incelenmesi gibi bir test manyetik iğnesinin rolünü oynar.
Bu kadar basit deneylere dayanarak, manyetizmanın elektrik akımı nedeniyle doğduğu sonucuna varabiliriz: bu akım ne kadar güçlü olursa, iletkenin manyetik özellikleri o kadar güçlü olur. Peki, kalıcı mıknatısların manyetik alanı nereden geliyor, çünkü kimse aküyü kablolarla bağlamıyor?
Temel bilimsel araştırmalar, kalıcı manyetizmanın elektriksel fenomenlere dayandığını kanıtlamıştır: her elektron kendi elektrik alanındadır ve temel manyetik özelliklere sahiptir. Sadece çoğu maddede, bu özellikler karşılıklı olarak nötralize edilir ve bazı nedenlerden dolayı bir büyük mıknatıs oluştururlar.
Tabii ki, aslında, her şey o kadar ilkel ve basit değildir, ancak genel olarak, kalıcı mıknatıslar bile elektrik yüklerinin hareketi nedeniyle harika özelliklere sahiptir.
Ve ne tür manyetik çizgiler bunlar?
Manyetik çizgiler görsel olarak görülebilir. Okul deneyiminde, fizik derslerinde, metal talaşları bir karton kağıda dökülür ve aşağıya kalıcı bir mıknatıs yerleştirilir. Bir karton kağıda hafifçe dokunulduğunda, Şekil 1'de gösterilen resim elde edilebilir.
Resim 1
Manyetik kuvvet hatlarının kuzey kutbundan ayrıldığını ve güneye girmeden kırılmasını görmek kolaydır. Tabii ki, bunun aksine, güneyden kuzeye olduğunu söyleyebiliriz, ancak bu yüzden kuzeyden güneye çok gelenekseldir. Bir zamanlar akımın artıdan eksi yönünü benimsedikleri gibi.
Kalıcı bir mıknatıs yerine, bir akım teli bir kartondan geçirilirse, metal talaşlar bunu, iletkeni, manyetik alanı gösterecektir. Bu manyetik alan eşmerkezli dairesel çizgiler biçimindedir.
Manyetik alanı incelemek için talaş olmadan yapabilirsiniz. Manyetik kuvvet çizgilerinin gerçekten kapalı eşmerkezli daireler olduğunu görmek için test manyetik okunu akım iletkeni etrafında hareket ettirmek yeterlidir. Test okunu manyetik alanın saptırdığı tarafa hareket ettirirsek, kesinlikle hareketin başladığı noktaya geri döneceğiz. Benzer şekilde, Dünya'nın etrafında yürürken: dönmeden hiçbir yere gitmezseniz, er ya da geç aynı yere gelirsiniz.
Resim 2
Gimlet kuralı
Bir iletkenin akım ile manyetik alanının yönü, bir ağaçtaki delikleri delmek için bir araç olan gimlet kuralı tarafından belirlenir. Burada her şey çok basit: gimlet, çevirme hareketi teldeki akımın yönüne denk gelecek şekilde döndürülmelidir, daha sonra sapın dönüş yönü manyetik alanın nereye yönlendirildiğini gösterecektir.
Şekil 3.
“Akım bizden geliyor” - dairenin ortasındaki haç, resmin düzleminin ötesinde uçan bir okun tüyleri ve “Akım bize doğru geliyor”, okun ucu sayfanın düzlemi nedeniyle uçuyor. En azından okulda fizik derslerinde bu atamaların böyle bir açıklaması yapıldı.
İki iletkenin manyetik alanlarının akımla etkileşimi
Resim 4
Her bir iletkene gimlet kuralını uygularsak, her bir iletkende manyetik alanın yönünü belirledikten sonra, aynı akım yönüne sahip iletkenlerin çekildiğini ve manyetik alanlarının toplandığını güvenle söyleyebiliriz. Farklı yönlerde akımlara sahip iletkenler karşılıklı iticidir, manyetik alanları telafi edilir.
indüktör
Akımlı iletken bir halka (bobin) şeklinde yapılırsa, kuzey ve güneyde kendi manyetik kutuplarına sahiptir. Ancak bir turun manyetik alanı genellikle küçüktür. Teli bir bobin şeklinde sararak çok daha iyi sonuçlar elde edebilirsiniz. Böyle bir parça bir indüktör veya basitçe bir endüktans olarak adlandırılır. Bu durumda, bireyin manyetik alanları birbirini karşılıklı olarak güçlendirerek toplanır.
Resim 5
Şekil 5, bobinin manyetik alanlarının toplamının nasıl elde edileceğini göstermektedir. Şekil 1'de gösterildiği gibi, her bir dönüşü kaynağından çalıştırmak mümkün görünmektedir. 5.2, ancak dönüşleri seri olarak bağlamak daha kolaydır (sadece bir kablo ile sarın).
Bobin ne kadar fazla dönüşe sahipse, manyetik alanı o kadar güçlüdür. Ayrıca, manyetik alan ayrıca bobinden geçen akıma da bağlıdır. Bu nedenle, bir bobinin manyetik alan yaratma kabiliyetini basitçe akımı bobinden (A) dönüş sayısı (W) ile çarparak değerlendirmek meşrudur. Bu değere amper dönüşler denir.
Çekirdek bobin
Bobin içine bir ferromanyetik malzeme çekirdeği sokulursa, bobin tarafından üretilen manyetik alan önemli ölçüde arttırılabilir. Şekil 6, çeşitli maddelerin bağıl manyetik geçirgenliğine sahip bir tabloyu göstermektedir.
Örneğin, transformatör çeliği manyetik alanı bir çekirdeğin yokluğundan yaklaşık 7,7,5 bin kat daha güçlü hale getirecektir. Başka bir deyişle, çekirdeğin içindeki manyetik alan manyetik iğneyi 7,000 kat daha güçlü döndürür (bu sadece zihinsel olarak hayal edilebilir).
Resim 6
Paramanyetik ve diyamanyetik maddeler masanın üstünde bulunur. Nispi manyetik geçirgenlik µ, vakuma göre gösterilir. Sonuç olarak, paramanyetik maddeler manyetik alanı hafifçe arttırırken, diamagnetik maddeler biraz zayıflar.Genel olarak, bu maddelerin manyetik alan üzerinde özel bir etkisi yoktur. Yüksek frekanslarda, konturları ayarlamak için bazen pirinç veya alüminyum çekirdekler kullanılır.
Tablonun altında, bobinin manyetik alanını akımla önemli ölçüde artıran ferromanyetik maddeler vardır. Yani, örneğin, transformatör çeliğinden yapılmış bir çekirdek, manyetik alanı tam olarak 7.500 kat daha güçlü hale getirecektir.
Manyetik alan nasıl ve nasıl ölçülür
Elektriksel büyüklükleri ölçmek için birimlere ihtiyaç duyulduğunda, elektron yükü referans olarak alınmıştır. Bir elektronun şarjından çok gerçek ve hatta somut bir birim oluşturuldu - bir kolye ve temelde her şey basit çıktı: amper, volt, ohm, joule, watt, farad.
Manyetik alanları ölçmek için bir başlangıç noktası olarak ne kabul edilebilir? Bir şekilde elektronun manyetik alanına bağlanması çok problemlidir. Bu nedenle, 1 A doğru akımının aktığı manyetizmada bir ölçü birimi olarak bir iletken kabul edilir.
Manyetik alan özellikleri
Bu tür ana karakteristik gerginliktir (H). Bir vakumda meydana gelirse, manyetik alanın yukarıda belirtilen test iletkenine hangi kuvvetle etki ettiğini gösterir. Vakum, ortamın etkisini dışlamak için tasarlanmıştır, bu nedenle bu karakteristik - gerginlik kesinlikle temiz kabul edilir. Gerilim birimi olarak metre başına amper (a / m) alınır. Bu gerilim, boyunca 1A akımın aktığı iletkenden 16 cm mesafede görünür.
Alan kuvveti sadece manyetik alanın teorik yeteneğinden bahseder. Gerçek hareket kabiliyeti, manyetik indüksiyonun farklı bir değerini yansıtır (B). Manyetik alanın 1A akımı olan bir iletken üzerinde hareket ettiği gerçek kuvveti gösteren kişidir.
Resim 7
1A'lık bir akım 1 m uzunluğunda bir iletken içinde akarsa ve 1 N (102 G) kuvvetle itilir (çekilir), o zaman bu noktada manyetik indüksiyonun büyüklüğünün tam olarak 1 Tesla olduğunu söylerler.
Manyetik indüksiyon bir vektör miktarıdır, sayısal değere ek olarak, her zaman incelenen manyetik alandaki test manyetik iğnesinin yönü ile çakışan bir yöne sahiptir.
Resim 8
Manyetik indüksiyon birimi Tesla'dır (TL), ancak pratikte daha küçük bir Gauss birimi sıklıkla kullanılır: 1TL = 10.000G. Çok mu yoksa biraz mı? Güçlü bir mıknatısın yakınındaki manyetik alan, 100 G'den fazla olmayan pusulanın manyetik iğnesinin yakınında birkaç T'ye ulaşabilir, Dünya'nın yüzeye yakın manyetik alanı yaklaşık 0.01 G veya daha düşüktür.
Manyetik akı
Manyetik indüksiyon vektörü B, manyetik alanı uzayda sadece bir noktada karakterize eder. Manyetik alanın belirli bir alandaki etkisini değerlendirmek için, manyetik akı (Φ) gibi başka bir kavram ortaya konmuştur.
Aslında, belirli bir alandan, bazı alanlardan geçen manyetik indüksiyon hatlarının sayısını temsil eder: Φ = B * S * cosα. Bu resim yağmur damlaları şeklinde temsil edilebilir: bir çizgi bir damladır (B) ve birlikte manyetik akıdır together. Bireysel bobin dönüşlerinin güç manyetik hatları ortak bir akıma bu şekilde bağlanır.
Resim 9
SI sisteminde, Weber (Wb) manyetik akı birimi olarak alınır, böyle bir akı 1 T'lik bir indüksiyon 1 m2'lik bir alana etki ettiğinde ortaya çıkar.
Manyetik devre
Çeşitli cihazlardaki (motorlar, transformatörler, vb.) Manyetik akı, kural olarak, manyetik devre veya sadece manyetik devre adı verilen belirli bir şekilde geçer. Manyetik devre kapatılırsa (halka transformatörünün çekirdeği), direnci küçüktür, manyetik akı engelsiz geçer, çekirdeğin içinde konsantre edilir. Aşağıdaki şekilde kapalı ve açık manyetik devrelere sahip bobin örnekleri gösterilmektedir.
Şekil 10
Manyetik devre direnci
Ancak çekirdek kesilebilir ve manyetik bir boşluk oluşturmak için bir parça çıkarılabilir. Bu, devrenin genel manyetik direncini artıracak, bu nedenle manyetik akıyı azaltacak ve genellikle tüm çekirdekteki indüksiyonu azaltacaktır.Bir elektrik devresine çok fazla direnç lehim ile aynıdır.
Şekil 11.
Ortaya çıkan boşluk bir çelik parçası ile engellenirse, boşluğa paralel olarak daha düşük manyetik dirence sahip ek bir bölümün bağlandığı ortaya çıkar ve bu da rahatsız edici manyetik akıyı geri yükler. Bu, elektrik devrelerindeki bir şant ile çok benzer. Bu arada, Ohm'un manyetik devre yasası olarak adlandırılan manyetik devre için bir yasa da var.
Şekil 12.
Manyetik akının ana kısmı manyetik şant içinden geçecektir. Ses veya video sinyallerinin manyetik kaydında kullanılan bu fenomendir: bandın ferromanyetik tabakası manyetik kafaların çekirdeğindeki boşluğu kapatır ve tüm manyetik akı banttan kapatılır.
Bobin tarafından üretilen manyetik akının yönü sağ elin kuralı kullanılarak belirlenebilir: eğer uzanmış dört parmak bobindeki akımın yönünü gösteriyorsa, başparmak Şekil 13'te gösterildiği gibi manyetik çizgilerin yönünü gösterecektir.
Şekil 13.
Manyetik çizgilerin kuzey kutbundan çıktığı ve güneye girdiği düşünülmektedir. Bu nedenle, bu durumda başparmak güney kutbunun yerini gösterir. Bunun böyle olup olmadığını kontrol edin, pusula iğnesini tekrar kullanabilirsiniz.
Elektrik motoru nasıl çalışır
Elektriğin ışık ve ısı oluşturabileceği, elektrokimyasal süreçlere katılabileceği bilinmektedir. Manyetizmanın temellerini öğrendikten sonra, elektrik motorlarının nasıl çalıştığı hakkında konuşabilirsiniz.
Elektrik motorları çok farklı bir tasarım, güç ve çalışma prensibine sahip olabilir: örneğin, doğru ve alternatif akım, adım veya toplayıcı. Ancak çeşitli tasarımlarla çalışma prensibi, rotor ve statorun manyetik alanlarının etkileşimine dayanır.
Bu manyetik alanları elde etmek için akım sargılardan geçirilir. Akım büyüdükçe ve harici bir manyetik alanın manyetik indüksiyonu ne kadar yüksek olursa motor o kadar güçlü olur. Manyetik çekirdekler bu alanı güçlendirmek için kullanılır, bu nedenle elektrik motorlarında çok fazla çelik parça vardır. Bazı DC motor modelleri sabit mıknatıslar kullanır.
Şekil 14.
Burada, her şeyin açık ve basit olduğunu söyleyebilirsiniz: telden bir akım geçirdiler, manyetik bir alan aldılar. Başka bir manyetik alanla etkileşim, bu iletkenin hareket etmesini ve hatta mekanik iş yapmasını sağlar.
Dönme yönü sol elin kuralı ile belirlenebilir. Dört uzatılmış parmak iletkendeki akımın yönünü gösterirse ve manyetik çizgiler avucunuzun içine girerse, bükülmüş başparmak iletkenin manyetik alandaki fırlatma yönünü gösterecektir.
Devam: İndüktörler ve manyetik alanlar. Bölüm 2. Elektromanyetik indüksiyon ve endüktans
Ayrıca bkz. electro-tr.tomathouse.com
: